Myokard-Bildgebung: 3D-Bild des dicken Filaments
Illustration der interagierenden dicken und dünnen Filamente im Herzsarkomer auf der Grundlage von strukturellen Kryoelektronentomographie-Daten (© MPI für molekulare Physiologie)
Forschenden gelingt erstes 3D-Bild des dicken Filaments des Herzmuskels – ein Beitrag zum besseren Verständnis der Funktionsweise von gesunden und kranken Muskeln.
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Datum:08.11.2023
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Autor:J. Jarzombek (mh/ktg)
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Quelle:Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie
Einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Stefan Raunser, Direktor am Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Physiologie in Dortmund, ist es gelungen, das weltweit erste hochaufgelöste 3D-Bild des dicken Filaments in seiner natürlichen zellulären Umgebung zu erstellen. Die Technik dafür ist die so genannte Kryoelektronentomographie (Kryo-ET).
Raunser und Team entwickelten einen Arbeitsablauf für die Kryo-ET, der speziell auf die Untersuchung von Muskelproben zugeschnitten ist: Die Forschenden schockgefrieren Herzmuskelproben von Säugetieren bei -175 °C. Dadurch bleiben Hydratation und Feinstruktur – also der ursprüngliche Zustand der Muskelzellen - erhalten. Anschließend werden die Proben mit einem fokussierten Ionenstrahl ("FIB-Fräsen") auf eine ideale Dicke von etwa 100 Nanometern ausgedünnt. Im Transmissions-Elektronenmikroskop werden dann mehrere Bilder aufgenommen, während die Probe entlang einer Achse gekippt wird. Schließlich rekonstruieren computergestützte Methoden ein dreidimensionales Bild mit hoher Auflösung.
Hintergrund zu den Filamenten
Skelett- und Herzmuskel ziehen sich zusammen, wenn zwei Arten paralleler Proteinfilamente im Sarkomer zusammenwirken: dünne und dicke. Das dünne Filament besteht aus F-Aktin, Troponin, Tropomyosin und Nebulin. Das dicke Filament wird aus Myosin, Titin und dem Myosin-bindenden Protein C (MyBP-C) gebildet.
Veränderungen in den Proteinen des dicken Filaments werden mit Muskelkrankheiten in Verbindung gebracht. Ein detailliertes Bild des dicken Filaments wäre von immenser Bedeutung für die Entwicklung von Therapiestrategien zur Heilung dieser Krankheiten. Dafür haben die Forschenden nun die Grundlage gelegt.
Zur Originalpublikation in Nature 2023
